本书系统地介绍电力系统网络分析的计算机计算方法的基本原理和实现技术。
全书共2篇12章。基础篇共6章，介绍电力网络分析的基本原理，包括电力网络分析的一般方法，电力系统网络矩阵，电力网络计算中的稀疏技术，网络方程的修正解法，网络变换、化简和等值，大规模电力网络的分块计算。应用篇共6章，介绍电力系统网络分析中的潮流计算和故障分析，包括潮流计算的数学模型及基本解法，潮流方程的特殊解法，潮流计算中的特殊问题，潮流计算问题的扩展，对称分量法和相序网络，电力系统故障分析的计算机方法。
本书侧重介绍电力网络分析中的基础性和共性问题，将矩阵分析、图论描述和物理概念解释相结合，注意联系电网实际，叙述深入浅出，并附有例题和习题，便于读者自学。
本书可以作为电力系统及其自动化专业研究生教材，也可供电力专业科技人员、高等院校教师和高年级学生参考。
本书第1版自1996年出版以来，电力工程科学和技术又有了很大的发展，尤其是计算机在电网在线调度和控制中的应用已十分普遍，电力市场化改革也对电网安全控制提出了新需求。这些变化要求我们能对电网进行更全面、更快速、更精细的计算分析，这需要电力网络计算机分析的理论和方法的支撑，在这样的背景下本书的再版工作自然提上议程。近10多年来，我用此书在清华大学讲授高等电力网络分析这门研究生学位课，期间正值我国电网快速发展时期，出现了电网分析计算中的新问题、新需求。为适应我国电力网络发展现状以及研究生科研工作的需要，我对教学内容做了很多调整，使这门基础性很强的专业课的特点更加鲜明，使研究生的受益面更广。
电力网络分析是电力系统分析的关键环节，即使研究暂态过程，对电网的分析和处理也是其主要内容和难点之一。因此，本书仍保持突出电力网络这个主题，只涉及稳态，不涉及暂态，只涉及代数方程，不涉及微分方程。电网的突出特点是网络描述，尽管用矩阵描述比较方便，但是用图来描述矩阵及其处理既直观又简洁，因此本书保留了原版书的这些特点。另外，本书基本保留了原版书的体系结构。
本书共分2篇12章，前6章为基础篇，介绍电力网络分析的基本原理，包括电力网络分析的一般方法、电力系统网络矩阵、稀疏技术、网络方程的修正解法、网络变换、化简和等值、电网分块计算。后6章为应用篇，介绍潮流计算和故障分析，包括潮流计算的数学模型和基本解法、潮流方程的特殊解法、潮流计算中的特殊问题、潮流计算问题的扩展、故障分析的计算机解法。
基础篇介绍了电力网络分析应用中的共性的问题。将矩阵运算和图形描述相结合，将数学推导和物理概念相结合，介绍新方法时注重和传统方法相对比，尽量使读者读后能在头脑中留下一幅清晰的图像。在应用篇既介绍广泛使用的传统应用，也介绍近些年的热点应用。本书从不同角度介绍传统应用，并给出多种解决方法。对内点法、连续潮流和跟踪潮流等新应用，介绍了当今最有效的解算方法。本书相当多的内容凝结了作者多年研究工作的体会和总结。
这次再版删减了如下内容：稀疏技术中网络方程不对称情况处理，REI等值和网络变更时各种等值的修正，多开断分布因子，潮流多解的图示，等等。为突出书中介绍的原理、算法和思路，将正文中部分烦琐的公式推导进行了简化，并将其引入习题当中。为适应新的应用需求，这次再版增加了如下内容：配电网络分析的回路分析方法，电网分解协调计算的一般形式的广义网络分割算法，电网计算中的准稳态灵敏度分析方法，静态电压稳定分析的连续潮流方法，电力市场中的跟踪潮流算法，等等。
本书不是面面俱到地罗列电网分析的各种具体应用，而是希望通过归纳、总结、提升，抽象出电网分析中的共性问题，从更基础的层面来描述和解决电网分析问题。例如，配电网分析普适的回路分析法，图上因子分解和网络方程计算，面向节点和面向支路的网络变化的修正，广义支路切割和统一的网络分块算法，最优潮流的三维分析，潮流方程变量分类和潮流计算问题的扩展，规范化的故障分析计算机计算方法等。希望通过对这些基础性问题介绍，帮助读者掌握分析问题和解决问题的方法，启发读者去创新，去开发新的应用领域。
为了便于读者自学，并便于高等院校使用本书进行研究生教学工作，书中增加了一些研究分析型习题，并且全部习题的解答将在与本书配套的《高等电力网络分析习题与解答》中给出。
本书被教育部推荐为研究生教学用书。虽然书中尽量加重基础性内容的介绍，但是作为研究生教学用书，研究性内容仍然相对较多，对初学者的理解可能会有一定难度；为使读者容易理解，书中尽量多用例题来配合解释相关的理论。本书适合用于讲授一个学期的研究生课程。
我要感谢本书再版的合作者严正教授。他20世纪80年代末和90年代初曾在清华大学我所在的科研组攻读硕士和博士学位，毕业后一直在日本、美国和香港等地的大学做研究工作，于2004年回国到上海交通大学任教授。由于他对电力网络分析有深刻的理解和研究心得，故特邀他和我合作完成本书的再版工作，内点法、连续潮流和跟踪潮流等内容是他完成的。
本书第1版受到很多从事电力系统及其自动化专业工作的教师、工程技术人员和研究生的欢迎，并多次重印。许多研究生已经将本书作为出国深造的必备参考书。10多年来，清华大学有数百位研究生听过我讲授的这门课，他们提出的问题及与我的讨论都对我启发很大，促使我改进教材；他们完成的课程研究报告也对这次再版有很大帮助；他们的激情和新颖的想法对我是一种激励。在此向他们表示感谢。
我还要感谢清华大学电机系给我提供了良好的教学和研究环境，使我能够顺利地完成本书的再版工作。
卢强院士认真审读了全部书稿并提出宝贵意见，在此表示衷心的感谢！由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
基础篇 电力网络分析基本原理
第1章 电力网络分析的一般方法2
1.1 网络分析概述2
1.1.1 网络的概念2
1.1.2 电力网络分析的主要步骤3
1.2 网络的拓扑约束5
1.2.1 图的概念和一些基本定义5
1.2.2 网络分析中常用的关联矩阵6
1.2.3 关联矩阵A, B, Q之间的关系9
1.2.4 网络拓扑约束--基尔霍夫定律的表达10
1.2.5 道路-支路关联矩阵12
1.3 电力网络支路特性的约束14
1.3.1 一般支路及其退化14
1.3.2 网络支路方程和原始阻抗(导纳)矩阵15
1.4 网络方程--网络的数学模型15
1.4.1 节点网络方程16
1.4.2 回路网络方程17
1.4.3 割集网络方程17
1.4.4 基于道路的回路网络方程18
1.5 关联矢量与支路的数学描述19
1.5.1 关联矢量和一般无源支路的数学描述19
1.5.2 广义关联矢量和变压器/移相器支路的数学描述20
1.6 小结22
习题22
第2章 电力系统网络矩阵24
2.1 节点导纳矩阵24
2.1.1 节点导纳矩阵的性质及物理意义24
2.1.2 节点导纳矩阵的建立27
2.1.3 节点导纳矩阵的修改32
2.2 节点阻抗矩阵35
2.2.1 节点阻抗矩阵的性质及物理意义35
2.2.2 用支路追加法建立节点阻抗矩阵37
2.2.3 连续回代法形成节点阻抗矩阵44
2.2.4 基于连续回代法的稀疏阻抗矩阵法47
2.2.5 网络变更时节点阻抗矩阵的修正49
2.3 节点导纳矩阵和节点阻抗矩阵之间的关系50
2.4 节点法和回路法之间的关系51
2.5 小结54
习题55
第3章 电力网络计算中的稀疏技术58
3.1 概述58
3.2 稀疏技术59
3.2.1 稀疏矢量和稀疏矩阵的存储59
3.2.2 稀疏矩阵的因子分解62
3.2.3 利用稀疏矩阵因子表求解稀疏线性代数方程组64
3.3 稀疏矩阵技术的图论描述69
3.3.1 基本定义和术语69
3.3.2 因子分解过程的图论描述71
3.3.3 前代回代过程的图论描述75
3.3.4 不对称稀疏矩阵的处理78
3.3.5 计算代价的分析79
3.4 稀疏矢量法80
3.4.1 有关稀疏矢量法的几个定义80
3.4.2 稀疏矢量法中的几个性质和定理81
3.4.3 道路集的形成83
3.4.4 计算代价的分析84
3.5 节点优化编号84
3.5.1 稀疏矩阵中节点优化编号方法84
3.5.2 提高稀疏矢量法计算效率的节点优化编号方法85
3.6 小结86
习题87
第4章 网络方程的修正解法89
4.1 补偿法网络方程的修正解89
4.1.1 矩阵求逆辅助定理89
4.1.2 补偿法网络方程的修正计算89
4.1.3 补偿法在电网计算中的应用92
4.1.4 补偿法的物理解释94
4.2 因子表的修正算法98
4.2.1 因子表的秩1修正算法98
4.2.2 系数矩阵阶次变化时因子表的修正104
4.2.3 因子表的局部再分解109
4.2.4 块稀疏矩阵的因子表修正算法112
4.3 小结113
习题113
第5章 网络变换、化简和等值115
5.1 星形接法变成网形接法以及负荷移置115
5.2 网络化简117
5.2.1 用导纳矩阵表示的形式118
5.2.2 用阻抗矩阵表示的形式118
5.2.3 网络的自适应化简119
5.3 电力系统外部网络的静态等值123
5.3.1 外部网络静态等值的原理123
5.3.2 外部网络静态等值的实用化124
5.4 诺顿等值、戴维南等值及其推广127
5.4.1 诺顿等值和戴维南等值127
5.4.2 网络变化时等值参数的修正133
5.5 小结135
习题136
第6章 大规模电力网络的分块计算139
6.1 网络的分块解法139
6.1.1 节点分裂法139
6.1.2 支路切割法144
6.1.3 统一的网络分块解法151
6.2 大规模电网的分解协调计算和并行计算155
6.2.1 网络分块解法的并行计算特性分析155
6.3 广义支路切割法的一般形式158
6.3.1 一般形式广义支路切割法的列式158
6.3.2 讨论几种情况161
6.3.3 并行算法的实现163
6.4 大规模电网分块计算的实际应用166
6.5 小结167
习题168
应用篇 潮流计算与故障分析
第7章 潮流计算的数学模型及基本解法172
7.1 潮流计算问题的数学模型173
7.1.1 潮流方程173
7.1.2 潮流方程的讨论和节点类型的划分174
7.2 以高斯迭代法为基础的潮流计算方法176
7.2.1 高斯迭代法176
7.2.2 关于高斯法的讨论177
7.3 牛顿-拉夫逊法潮流计算180
7.3.1 牛顿-拉夫逊法的一般描述180
7.3.2 直角坐标的牛顿-拉夫逊法181
7.3.3 极坐标的牛顿-拉夫逊法181
7.3.4 雅可比矩阵的讨论182
7.4 小结187
习题188
第8章 潮流方程的特殊解法191
8.1 直流潮流191
8.1.1 直流潮流算法列式191
8.1.2 直流潮流的理论基础192
8.2 潮流计算的快速分解法194
8.2.1 快速分解法的修正方程及迭代格式194
8.2.2 快速分解法的理论基础195
8.2.3 快速分解法的计算流程199
8.3 潮流计算中的灵敏度分析和分布因子202
8.3.1 灵敏度分析的基本方法202
8.3.2 潮流灵敏度矩阵204
8.3.3 分布因子208
8.4 小结217
习题218
第9章 潮流计算中的特殊问题220
9.1 负荷的电压静态特性220
9.2 节点类型的相互转换和多Vθ节点问题221
9.2.1 PV节点转换成PQ节点221
9.2.2 PQ节点转换成PV节点224
9.2.3 多Vθ节点时的潮流计算225
9.3 中枢点电压及联络线功率的控制227
9.3.1 中枢点电压的控制227
9.3.2 联络线功率的控制229
9.4 潮流方程解的存在性、多值性以及病态潮流解法230
9.4.1 潮流方程解的存在性和多值性230
9.4.2 病态潮流及其解法231
9.5 潮流方程中的二次型232
9.6 连续潮流计算234
9.6.1 连续潮流计算的基本原理234
9.6.2 连续潮流计算的主要技术235
9.7 小结237
习题238
第10章 潮流计算问题的扩展241
10.1 概述241
10.1.1 变量的划分242
10.1.2 潮流方程242
10.1.3 约束方程243
10.2 潮流计算问题的扩展245
10.2.1 常规潮流245
10.2.2 约束潮流245
10.2.3 动态潮流246
10.2.4 随机潮流248
10.2.5 最优潮流250
10.2.6 开断潮流251
10.3 最优潮流及其求解方法252
10.3.1 最优潮流算法的分类252
10.3.2 简化梯度法最优潮流254
10.3.3 牛顿法最优潮流259
10.3.4 有功无功交叉逼近最优潮流算法260
10.3.5 基于内点法的最优潮流算法262
10.3.6 关于最优潮流的经济目标函数264
10.4 开断潮流及其求解方法265
10.4.1 补偿法支路开断时的潮流计算265
10.4.2 发电机开断的潮流计算267
10.5 潮流跟踪算法268
10.5.1 电力市场环境下的潮流跟踪问题268
10.5.2 比例分配原则269
10.5.3 潮流跟踪算法269
10.5.4 无环流网络的节点排序274
10.6 小结275
习题275
第11章 对称分量法和相序网络277
11.1 对称分量法277
11.1.1 三相对称元件的单相模型表示277
11.1.2 故障系统分析的对称分量法280
11.1.3 相分量法和对称分量法的比较283
11.2 电力系统元件的序参数和序网284
11.2.1 同步发电机和负荷的序参数284
11.2.2 输电线元件的序参数285
11.2.3 变压器元件的序参数287
11.2.4 电力系统的零序网络及零序节点导纳矩阵293
11.3 故障电路的对称分量模型294
11.3.1 横向故障电路的相分量模型296
11.3.2 横向故障电路的序分量模型296
11.3.3 纵向故障电路的相分量和序分量模型298
11.4 小结299
习题300
第12章 电力系统故障分析的计算机方法301
12.1 电力系统故障分析常规方法的原理301
12.1.1 将电网等值到故障端口计算故障电流301
12.1.2 应用对称分量法时的表现形式304
12.1.3 故障分析常规方法的讨论306
12.2 规范化的计算机故障分析计算方法310
12.2.1 基本思想311
12.2.2 一条输电线元件发生短路故障的情况311
12.2.3 一条输电线元件发生短路加线路跳开故障时的分析315
12.2.4 故障影响一组元件的情况316
12.3 小结317
习题318
附录A 分块矩阵求逆与矩阵求逆引理321
A1 分块矩阵求逆公式321
A2 矩阵求逆引理的证明322
附录B IEEE 14母线和30母线标准试验系统数据323
参考文献329
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